钢背复合材料衬层传动螺母动态性能研究

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1、分类号：UDC：密级：学校代号：11845学号：2111002043广东工业大学硕士学位论文(工学硕士)钢背／复合材料衬层传动螺母动态性能研究指导教师姓名、职称：专业或领域名称：学生所属学院：论文答辩日期：邓林章ADissertationSubmittedtoGuangdongUniVersityofT’ecllIl0109yfortheDegreeofMaster(MasterofEngineeringScience)DynamiCBehaViOrReSearChOfSteeIBaking／COmpOSiteLine

2、rNUtCandidate：DengLlnzhangSupen，isOr：PrOf．ZhangPengJune2013SChOOIOfMater．alSandEnergyGuangdOngUniVerSityOfTechnOlOgyGuangzhou，Guangdong，P-R．China，51O006摘要摘要螺旋传动将旋转运动转化为直线运动，以传递力和运动，一直在人民的生产生活中发挥着重要的作用。作为螺旋传动核心部件的螺旋副，关于提高其定位精度和承载能力，实现精密、重载、高效传动的研究是当前螺旋传动研究的热点和重点。

3、金属钢背／复合材料衬层螺母以金属作为背衬提高了自身承载能力，以摩擦性能良好的复合材料作为摩擦面内衬，不仅降低了摩擦损耗，而且有助于提高传动的动态性能，减弱甚至消除爬行现象，其与金属丝杆组成的滑动螺旋副兼具传统滑动金属螺母一丝杠螺旋副和滚珠丝杆螺旋副二者的优点，同时克服了二者的不足，成为高效、重载、精密螺旋副研究发展的一个重要方向。本文以钢背／复合材料衬层传动螺母为研究对象，首先研究了不同配方复合材料试样在平面滑动摩擦实验中的动静摩擦转变，以及速度、正压力、润滑剂等因素对其摩擦特性和动态特性的影响。建立平面滑动摩擦系统的

4、simulink仿真模型，研究速度、系统刚度以及动静摩擦因数对系统性能的影响。依据摩擦学原理，在经典stribeck摩擦模型的基础上，建立复合材料关于速度和压力的摩擦模型，通过与实验数据比较，证实该摩擦模型可用来预测低速条件下复合材料的摩擦因数，且具有较高的精度；然后以丝杆一螺母为对象，建立螺旋副的物理模型，结合复合材料的摩擦模型，得出了螺旋传动的动力学微分方程，展开对螺旋副传动动力学分析，探讨了螺旋副爬行机理，并给出了相应的判据函数。设计改造了一套平面滑动摩擦实验和测试装置并进行了相关的基础实验。该实验装置不仅可测试

5、低速条件下(1舢彬s以下)的动静摩擦因数，而且能够自动记录动静摩擦转变这一瞬时过程，并通过摩擦力一时间曲线展示出来，弥补了当前摩擦试验机只能测试动摩擦因数的不足。实验研究发现，当石墨：MoS2质量分数比为2：3时，复合材料的动静摩擦因数差值最小，摩擦特性较好，并且在370N、1．2mm／min条件下观察到爬行现象。以上述配方的复合材料为研究对象，测试了其在不同速度和载荷条件下的动、静摩擦因数，以及动静摩擦的转变过程，并与相同条件下锡青铜ZQSnl0．1的摩擦特性进行了对比。结果表明，复合材料的动、静摩擦因数小于相同条件

6、下锡青铜ZOSnl0．1的动、静摩擦因数，并且复合材料的摩擦力存在对速度的依赖特性，符合复合经典smbeck摩擦模型。值得说明的是，在低速、油润滑条件下，复合材料一钢摩擦广东工业大学硕士学位论文副的动静摩擦因数基本相等，动静摩擦转变不是典型的非线性转变，这是传统金属材料所不具备的摩擦特性。设计构建了螺旋传动测试装置并进行了相关的动态性能实验。利用该测试装置，研究了不同载荷(O．475N)，速度(3—30r／商n)，干摩擦和油润滑不同条件下的螺旋副的摩擦特性，并以摩擦力矩曲线结合和位移曲线的方式研究螺旋传动螺母的动态性能

7、。实验表明随着载荷的增加，螺旋副的传动的稳定性增加，并且速度对于螺旋副动态性能有着决定性的影响，即使空载条件下，当速度降低至3r／min，仍然可以看见明显的爬行现象。同时，合适的润滑介质可以有效改善螺旋副的摩擦特性，增强传动稳定性。通过与相同条件下的铜螺母的位移曲线和摩擦力矩曲线相比，发现无论是干摩擦还是油润滑，复合材料螺母的摩擦力矩都要小于铜螺母，其爬行也比相同条件下的铜螺母(QSn6．6．3)有所减弱。表明钢背／复合材料衬层螺母具有比铜螺母更好的摩擦特性，其在螺旋传动过程中动态性能也更加优良，传动稳定性更佳。关键词

8、：螺旋副；复合材料；螺旋传动；动态性能；爬行；摩擦特性；摩擦系数IIAbstractScrew把msIllission仃ansfomsrotationmotionintostraight-linemovement，Whjchmwaysplayedanimponantroleinpeople’sliVes．Screw-nutsaSt